一、前言

當前在飛剪及類似設備的應用中，大多依靠內(nèi)置電子凸輪的伺服驅(qū)動器或PLC運動控制模塊中的電子凸輪功能塊進行集成，此方案雖然方便，但對于初級電氣工程師掌握電子凸輪的原理沒有大的幫助，其內(nèi)置的凸輪曲線也不能隨意的編輯，靈活性方面明顯不足。

如果能有一種提供最大自由度的方案，可以讓現(xiàn)場工程師靈活地編輯凸輪軌跡并實時地看到伺服電機的運行效果，則可大大提高調(diào)試效率，并且讓中低水平的電氣工程師快速成材。本文試圖實現(xiàn)這一理想。

二、飛剪原理

一般飛剪的示意圖如下：

P0、P1接收編碼器脈沖，根據(jù)測量輪的周長來獲得工件的當前長度。

P2、P3接收伺服驅(qū)動器反饋脈沖，獲取切刀的當前位置，并用PLC中高速計數(shù)器的中斷功能獲得切點信號（復位P0、P1計數(shù)器）。當前原點開關(guān)有信號時用高速計數(shù)器的預設功能將其歸零。

根據(jù)客戶的設定長度，減去剪刀從原點運行到切點需要的提前量，即是剪刀啟動時的主軸位置。

剪刀啟動后，PLC根據(jù)斷電保持寄存器R區(qū)中存儲的凸輪軌跡運行，到切點時復位當前長度，碰到原點開關(guān)后停止運行，等待下一次啟動。

三、數(shù)據(jù)換算

根據(jù)精度要求，可以使用mm或脈沖做單位，這里以脈沖舉例。

主軸脈沖計算公式：

設定長度對應脈沖＝設定長度÷（測量輪周長÷編碼器分辨率）

為方便在PLC中用整數(shù)運算，公式變?yōu)椋?/p>

設定長度對應脈沖＝設定長度×編碼器分辨率÷測量輪周長

剪刀尖運行一周的脈沖計算公式：

剪切脈沖＝伺服電機電子齒輪分母×減速機速比

四、軌跡生成

在CAD中畫出伺服的運行曲線和主軸的等分采集點：

圖中X方向代表主軸即編碼器的位置，Y方向代表從軸即剪刀的位置。工程師可以根據(jù)現(xiàn)場控制精度的需求來決定將主軸分割成多少等份，分得越多，從軸的運行越平滑。

曲線可以是樣條曲線、多段線或直線的組合，原則是要生成足夠平滑的軌跡。

將分割線超出曲線的部分剪切掉：

各分割線的長度即是要輸入到PLC斷電保持寄存器R區(qū)的凸輪數(shù)據(jù)。

如果點數(shù)不多，可以考慮在編程軟件XG5000的設備在線監(jiān)控窗口中手工輸入。

為方便更多點數(shù)的批量導入，筆者開發(fā)了一套輔助軟件，下面介紹用軟件進行點位數(shù)據(jù)批量導入到PLC操作方法。

LSCAM軌跡生成器的界面如下：

為適應用戶與PLC連接的不同方式，本軟件不直接與PLC通信，而是生成R寄存器的設備文件，再通過XG5000的設備監(jiān)控窗口導入PLC，這樣不管客戶是使用USB、Ethernet還是COM口方式，都能完成導入操作。

本軟件支持LS大部分系列的PLC，可以在窗口中事先選擇好PLC系列。

點擊“激活AutoCAD”按鈕，建立本軟件與CAD軟件的連接。如果CAD軟件沒有打開，本操作將啟動AutoCAD，當然，操作者的電腦里必須事先安裝好了CAD軟件。

當“連接繪圖空間”按鈕變?yōu)橛行r，點擊它以連接當前的CAD空間模型，成功后，之前所有無效的按鈕變?yōu)橛行А?/p>

點擊“添加分割線”按鈕，出現(xiàn)如下窗口：

主軸長度與從軸長度可以設定成實際的脈沖數(shù)量或長度單位，也可以對實際數(shù)據(jù)進行縮放，以方便在CAD中更方便地畫線，縮放的數(shù)據(jù)可以在PLC的程序中還原。

刻度是主軸長度等分后每份的相對長度，例如：200÷5＝40，就是說主軸要等分成40份，這里要盡量不使主軸等分后不余余數(shù)，否則可能影響精度。

點擊“確定”按鈕，CAD圖形如下圖：

畫上曲線并修剪好后如下：

在軟件中選擇好接收數(shù)據(jù)的開始R寄存器，再點擊“獲取點位”按鈕：

可以看到，數(shù)據(jù)被提取到了表格中，然后點擊“生成文件”按鈕，保存成“*.rm”類型的文件。

打開XG5000軟件，連接上PLC，打開設備監(jiān)控窗口，在離線狀態(tài)下導入所保存的文件，然后再連接上PLC，將數(shù)據(jù)寫入PLC。

五、PLC編程思路

軌跡有了，編程就簡單多了。

當前點位＝編碼器當前值÷刻度

將當前點位輸入到索引寄存器Z中，實時索引R中的數(shù)據(jù)，如：R10[Z0]。

索引到的數(shù)據(jù)就是從軸當前的目標位置。

點與點之間也需要做平滑處理：

編碼器點間數(shù)據(jù)＝編碼器當前位置－刻度×當前點位

從軸點間數(shù)據(jù)＝（后一點數(shù)據(jù)－當前點數(shù)據(jù)）×編碼器點間數(shù)據(jù)÷刻度

從軸目標位置＝當前點數(shù)據(jù)＋從軸點間數(shù)據(jù)

獲得從軸當前的目標位置后，不間斷地用DST指令的絕對定位模式進行控制輸出脈沖，速度可以指定最高脈沖頻率。

需要注意的是：當剪刀到切點致使編碼器的當前位置歸零時，為使從軸按照凸輪軌跡平滑運行，必須進行如下的數(shù)據(jù)處理：

如果（編碼器當前位置＜凸輪對應長度）

主軸當前長度＝切點對應的主軸位置＋編碼器當前位置。

當剪刀運行到原點開關(guān)時，停止運行。

六、結(jié)束語

對于非科班出身的電氣工程師來說，電子凸輪往往是不容易跨過去的一道坎兒，自動

化廠商在PLC或伺服驅(qū)動器內(nèi)部的底層實現(xiàn)，且為了技術(shù)保密而諱莫如深，更增加了神密感，使許多工程師對內(nèi)置電子凸輪的產(chǎn)品青睞有加，卻不去深究原理。

因為LS小型PLC具備幾個特殊的定位指令，使之成為自定義電子凸輪的不二選擇，不但成本低廉，而且方便靈活。當然，別的品牌的PLC也有可能實現(xiàn)，需要聰明的電氣工程師們發(fā)揮想象力。

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